1.2　定義與本質(zhì)

2000年，斯坦福大學(xué)的Eric Kool等學(xué)者在美國化學(xué)學(xué)會(huì)年會(huì)上提出了“合成生物學(xué)”這一術(shù)語，用來描述利用有機(jī)化學(xué)和生物化學(xué)在生物系統(tǒng)中發(fā)揮作用的非天然分子合成。英國工程和物理科學(xué)研究委員會(huì)（Engineering and Physical Sciences Research Council，EPSRC）將合成生物學(xué)定義為“針對應(yīng)用目的，對以生物為基礎(chǔ)的元件、器件和系統(tǒng)以及對現(xiàn)有天然生物系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)和工程化”。

目前，對合成生物學(xué)的定義已經(jīng)有許多類似的表述，大多是指利用基因技術(shù)和工程學(xué)概念來重新設(shè)計(jì)和合成新的生物體系或改造已有的生物體系。具體而言，合成生物學(xué)是指通過系統(tǒng)化和工程化手段，設(shè)計(jì)和構(gòu)造自然界中不存在的元件（part）、裝置（device）和系統(tǒng)（system），或者對現(xiàn)有元件、裝置和系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)以賦予其新的生物學(xué)功能，即有目的地設(shè)計(jì)、改造乃至重新合成“生命體”。我們也可以將合成生物學(xué)的本質(zhì)概括為“造物致知，造物致用”：“造物致知”，即通過合成生物學(xué)研究來增進(jìn)對自然和人工生命體的基礎(chǔ)認(rèn)知；“造物致用”，即通過合成生物學(xué)研究來創(chuàng)造社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

合成生物學(xué)區(qū)別于其他傳統(tǒng)生命科學(xué)的關(guān)鍵在于其“工程學(xué)本質(zhì)”，主要體現(xiàn)其側(cè)重于“自下而上”的正向工程學(xué)策略和“自上而下”目標(biāo)導(dǎo)向的逆向工程學(xué)策略。在“自下而上”的策略中，對生物元件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化表征，構(gòu)建通用模塊，利用抽提、解耦和標(biāo)準(zhǔn)化等方式降低生物系統(tǒng)復(fù)雜性，在經(jīng)過簡化的“細(xì)胞”底盤上構(gòu)建人工生物系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行的定量可控。從元件標(biāo)準(zhǔn)化到模塊構(gòu)建再到系統(tǒng)集成，打破了“自然”和“非自然”的界限，將“格物致知”研究策略推進(jìn)到了“造物致知”的新領(lǐng)域。“自上而下”目標(biāo)導(dǎo)向的逆向工程學(xué)策略則主要應(yīng)用于人工生命體的構(gòu)建。例如，在最小基因組的研究中，通過去除非必需基因來了解基因組架構(gòu)并改善其特性，進(jìn)而達(dá)到可模擬和預(yù)測的目的。

合成生物學(xué)的工程化研究融合了分子生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)和定量生物學(xué)的本質(zhì)，提供了一條“從創(chuàng)造到理解”的研究思路和方法，即利用工程學(xué)的模塊化概念和系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，在不同層次上對生物元件、模塊到復(fù)雜途徑網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行解析、設(shè)計(jì)和模擬，這有助于更深入、更完整地理解生命的本質(zhì)，進(jìn)而改變了“從整體到局部”的經(jīng)典生命科學(xué)研究模式。